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碳纤维水泥基复合材料的导电性能研究

作　者: 白轲
导　师: 杨元霞
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程材料
关键词: 碳纤维导电性温敏性电阻率融雪化冰
分类号: TU599
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 211次
引　用: 2次
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内容摘要

碳纤维水泥基复合材料(Carbon Fiber Cement Composites,简称CFCC)是在普通水泥基材料中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能,而且具有机敏特性,其中温敏性又是碳纤维水泥基复合材料机敏性的一个重要方面。当对CFCC两端施加电压时,材料中产生发热效应,利用这一特性,导电混凝土有望用于结构变形校正、室内采暖、寒冷地区道路和桥梁的除雪化冰。本文首先分析了分散剂和硅灰在碳纤维水泥基复合材料制备过程中的作用;接着试验研究了碳纤维水泥基复合材料的导电性能的影响因素;最后,重点研究了碳纤维水泥基复合材料的温敏性,并在此基础上设计出水泥砂浆特殊叠层结构,探讨了将其用于除冰化雪的可能性。取得的主要成果如下:1、分散剂和硅灰在CFCC的配制过程中作为填充剂,均能有效提高碳纤维在水泥基体中的分散性,且两种材料对碳纤维的分散效果是相互作用,相互影响,没有体现叠加效应。2、CFCC的电阻率随碳纤维掺量的增加而减小,随养护龄期的增长而增大;当碳纤维掺量小于0.4%时,CFCC的电阻率随试样内部含水量的增加而减小,而当碳纤维掺量大于0.4%时,其电阻率随含水量的增加而增大。3、碳纤维水泥基复合材料有良好的温敏性。在不同碳纤维掺量下,CFCC温差电动势随着温差的增大而呈线性增加,并且随着纤维掺量的增大,温差电动势率越大;在20℃～90℃范围内,碳纤维水泥砂浆的电阻率随温度的升高而降低,而净浆的电阻率随温度的升高先减小后增大,呈现PTC和NTC效应。4、碳纤维水泥砂浆叠层结构在外加电压作用下,有较好的发热效果。在20～30V电压下,试样的平均电功率在300～500W/m~2之间,一小时内温度升高6℃左右,基本能够满足实际需要。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 碳纤维水泥基复合材料概述  9-11
    1.2.1 碳纤维的性能  9-10
    1.2.2 碳纤维在水泥基材料中的应用  10-11
  1.3 碳纤维水泥基复合材料的国内外研究现状  11-16
    1.3.1 CFCC的导电机理  11-12
    1.3.2 CFCC的力学性能  12
    1.3.3 CFCC的压敏性  12-13
    1.3.4 CFCC的温敏性  13-16
    1.3.5 CFCC的电磁屏蔽效应  16
  1.4 本文研究的意义和主要内容  16-18
    1.4.1 本文研究的意义  16-17
    1.4.2 本文研究的主要内容  17-18
第二章原材料及试验方法  18-26
  2.1 原材料  18-19
  2.2 试件制备工艺  19-20
    2.2.1 电极的制备  19
    2.2.2 试件制备  19-20
  2.3 试件的测试方法  20-24
    2.3.1 试验测试设备  20-21
    2.3.2 试验测试项目的确定  21
    2.3.3 CFCC电阻(率)的测量  21-23
    2.3.4 电源及电压的要求  23
    2.3.5 CFCC温度-电阻特性的测试方法  23-24
    2.3.6 CFCC Seebeck效应的测试方法  24
  2.4 其他试验方法  24-26
    2.4.1 孔隙率测试方法  24-25
    2.4.2 含水量测试方法  25-26
第三章 CFCC中碳纤维的分散性研究  26-40
  3.1 碳纤维在水泥基本中的分散机理  26-27
    3.1.1 分散剂的分散原理  26
    3.1.2 填充剂的填充效应  26-27
  3.2 碳纤维分散性研究方法及评价  27-29
    3.2.1 分散性模拟方法  27
    3.2.2 新拌料浆法  27-28
    3.2.3 硬化试件电阻测试法  28-29
    3.2.4 硬化试件断面形貌法(SEM分析法)  29
    3.2.5 灼烧法  29
  3.3 碳纤维分散性研究结果分析  29-32
    3.3.1 试验设计  29-30
    3.3.2 新拌料浆法中碳纤维的质量变动系数  30
    3.3.3 硬化试件电阻率变动系数  30-31
    3.3.4 灼烧法中烧失量变动系数  31-32
  3.4 分散剂对水泥净浆及砂浆性能的影响  32-39
    3.4.1 试验方法  32-33
    3.4.2 分散剂对水泥净浆凝结时间的影响  33-34
    3.4.3 分散剂对水泥净浆流动度的影响  34-35
    3.4.4 分散剂对砂浆性能的影响  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 CFCC的导电性能影响因素研究  40-58
  4.1 电阻测量方法的影响  40-44
    4.1.1 不同电极的影响  40-42
    4.1.2 不同电极布置形式的影响  42-43
    4.1.3 外加电压的影响  43-44
  4.2 内在因素对水泥基复合材料导电性能的影响  44-50
    4.2.1 内在因素影响电阻率变化机理分析  44
    4.2.2 碳纤维掺量的影响  44-46
    4.2.3 硅灰掺量的影响  46-47
    4.2.4 养护龄期的影响  47-48
    4.2.5 不同砂及掺量的影响  48-50
  4.3 外在因素对水泥基复合材料导电性能的影响  50-56
    4.3.1 不同氯化物扩散环境下的影响  50-51
    4.3.2 含水量的影响  51-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章 CFCC的温敏性研究  58-71
  5.1 碳纤维水泥基复合材料的Seebeck效应研究  58-60
    5.1.1 Seebeck电压产生的机理  58
    5.1.2 试验结果及讨论  58-60
  5.2 碳纤维水泥基复合材料的温阻特性研究  60-62
  5.3 碳纤维水泥基复合材料的电热效应研究  62-66
    5.3.1 25℃环境下碳纤维水泥基复合材料通电发热效果  63-64
    5.3.2 -10℃环境下碳纤维水泥基复合材料通电发热效果  64-65
    5.3.3 碳纤维水泥基复合材料通电过程中电阻率的稳定性分析  65-66
  5.4 碳纤维水泥砂浆叠层结构的通电发热分析  66-70
    5.4.1 碳纤维水泥砂浆叠层结构的制备工艺  66-67
    5.4.2 碳纤维水泥砂浆叠层结构的通电发热效果  67-68
    5.4.3 碳纤维水泥砂浆的电热功率与温升的关系  68-70
  5.5 本章小结  70-71
第六章结论  71-74
  6.1 主要结论  71-72
  6.2 尚需进一步研究的问题  72-74
参考文献  74-80
致谢  80-81
攻读硕士期间参与科研及论文发表情况  81

碳纤维水泥基复合材料的导电性能研究

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